超声波流量计的工作原理及系统组成（上）

　　超声波流量计的工作原理及系统组成（上）

　　1.超声波流量计的工作原理及系统组成。

　　1.1基本原则。

　　超声波流量计按测量原理分类:①时差法；②多普勒效应法；③相关法；④噪声法；⑤波束偏移法。ZUI用于时差法的多普勒效应法。时差法超声波流量计主要用于测量单相液体，而多普勒超声波流量计用于测量含有适量固体颗粒或气泡的多相流体。例如，煤浆、污水、泥浆和其他含有较多固体或杂质的液体通常不适合测量清洁流体。

　　流量计以多普勒效应为工作原理，即发射声源被相对运动的介质反射时，反射信号和发射信号的频率不同。这种现象称为多普勒效应，这种频率差称为多普勒频差。

　　管道外壁布置了两个特别规划的传感器，由于传感器不与流体接触，可用于测量腐蚀性或有害液体。一个压电晶体，即发射换能器T，连续向流体发射频率为Ft的超声波，并通过管壁进入流体。少量超声波遇到流体中的气泡、颗粒、悬浮物等介质，产生反射频率为fr的超声波，将被接收传感器即接收换能器R接收，接收频率fr将经历多普勒频移Fd。发送和接收的频率差与流体流速成比例。理论计算公式为:

　　Fd=Ft-Fr=(2V X cosθ/C)X Ft式中C为声波在声楔中的传播速度(已依据折射定理将液体中的声速换算而来),V为流体流速,θ为超声波与流体流向夹角,由上式得:v=C/(Ft Xcosθ)X Fd

　　由上式可知,通过测址Fd便可得出流速V,而q=π.D2/4(D为圆管内径,这样,处理流速V的丈量,便可得出流量q。

　　该流量计可有效测量泥浆、乳液、泥浆等介质。

　　1.2超声波流量计系统组成。

　　超声波流量计主要由超声波探头、主机电路和8089单片机系统组成。超声波探头是一种可逆换能器，发射探头可以将电振动转化为机械振动，形成超声波。相反，接收探头可以将从流体接收的超声波转换成电信号。主机电路是对接收到的超声波信号进行处理的电路，将接收到的信号与发射信号进行比较，然后得到多普勒差频信号，即多普勒频移f，在大多数工业领域，接收到的回波信号都很微弱。首先，因为安装在流体中的超声波探头彼此之间的距离不同(即，管径很细，两相流中的固体含量或气泡数量不同)，所以接收到的信号强度不同。通过上位机信号调度电路的自动增益电路，可以稳定测量超声波信号。